三乙烯二胺在水性聚氨酯分散體中的催化作用

引子：從“膠”說起

大家都知道，生活中離不開“膠”。無論是你家孩子貼手工作業(yè)用的白膠，還是裝修時師傅用來粘瓷磚的結(jié)構(gòu)膠，甚至是你手機屏幕和邊框之間那層看不見的隱形膠——這些都可能與一種叫做“聚氨酯”的材料有關。

而今天我們要聊的，是這個家族中一個比較特別的成員：水性聚氨酯分散體（Waterborne Polyurethane Dispersions, WPUDs）。它環(huán)保、安全、可塑性強，近年來在涂料、膠黏劑、紡織涂層等領域大放異彩。不過，要讓這東西真正“活起來”，還得靠一位幕后英雄——三乙烯二胺，英文名TEDA（Triethylenediamine），化學式C6H12N2。

別看它名字拗口，其實它是個挺有意思的“催化劑”，就像廚房里的調(diào)味料，雖然用量不多，但少了它，味道就差那么一點。

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一、先來認識一下這位“老朋友”

1.1 化學身份

三乙烯二胺，聽起來像是個復雜的家伙，其實它的結(jié)構(gòu)并不復雜。它是一種雙環(huán)叔胺類化合物，常溫下為白色晶體或粉末，有輕微的氨味。它的分子量為112.17 g/mol，熔點45~47℃，沸點約174℃，易溶于水和，不溶于非極性溶劑。

性質(zhì)	數(shù)值
分子式	C6H12N2
分子量	112.17 g/mol
熔點	45–47 ℃
沸點	174 ℃
溶解性	易溶于水、，難溶于苯等非極性溶劑

1.2 應用領域

TEDA廣泛應用于聚氨酯合成中，尤其是在發(fā)泡反應中作為促進異氰酸酯與多元醇反應的催化劑。在水性體系中，它更是扮演著至關重要的角色，尤其適用于室溫固化的系統(tǒng)。

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二、水性聚氨酯分散體：環(huán)保新寵兒

水性聚氨酯分散體，顧名思義，就是把聚氨酯樹脂分散在水中形成的乳液。相比傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯，它不含VOC（揮發(fā)性有機物），對環(huán)境友好，使用更安全，因此在環(huán)保法規(guī)日益嚴格的今天，成為行業(yè)發(fā)展的主流方向。

不過，水性體系也有它的“脾氣”：

• 反應活性低：水的存在會抑制異氰酸酯基團的反應；
• 固化速度慢：特別是在低溫環(huán)境下，成膜困難；
• 性能不穩(wěn)定：儲存期短，容易分層或凝結(jié)。

這就需要我們引入合適的催化劑來“調(diào)教”它。

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三、TEDA上場：催化劑界的“快槍手”

在聚氨酯反應中，異氰酸酯（—NCO）和羥基（—OH）之間的反應是核心反應之一。這個反應的速度決定了整個聚合過程的效率和終產(chǎn)品的性能。

TEDA正是這個反應的“加速器”。

3.1 催化機制簡述

TEDA作為一種堿性催化劑，能夠有效激活羥基氫原子，從而加快其與異氰酸酯基團的親核加成反應。簡單來說，它就像是給反應裝上了“渦輪增壓器”。

在水性體系中，由于水的存在會消耗部分—NCO基團生成二氧化碳和脲鍵，導致反應效率下降。這時候加入TEDA，就能顯著提高反應速率，縮短固化時間，提升終產(chǎn)品的機械性能和耐化學品性。

3.2 TEDA的優(yōu)勢

特性	描述
催化效率高	反應速度快，適合低溫固化
適用范圍廣	可用于單組分和雙組分體系
成本較低	相比其他金屬類催化劑更具經(jīng)濟優(yōu)勢
環(huán)保性好	不含重金屬，符合綠色發(fā)展趨勢

3.3 使用建議

TEDA通常以固體形式添加，在使用前需預先溶解于水或共溶劑中。推薦添加量一般為0.1%~0.5%（按總固含量計），具體用量需根據(jù)配方調(diào)整。

參數(shù)	推薦值
添加量	0.1%~0.5%
溶劑選擇	水、、丙二醇等
佳pH范圍	7~9
固化溫度	室溫~80℃
保存條件	陰涼干燥處密封保存

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四、實際應用案例：從實驗室到工廠

4.1 案例一：水性木器漆

某知名涂料企業(yè)開發(fā)了一款用于室內(nèi)家具涂裝的水性木器漆。原配方在冬季施工時固化緩慢，影響生產(chǎn)進度。

解決方案：加入0.3% TEDA后，固化時間由原來的7天縮短至3天，硬度提升明顯，打磨性能也有所改善。

指標	加入TEDA前	加入TEDA后
表干時間	4小時	2小時
實干時間	7天	3天
耐劃傷性	一般	良好
光澤度	85°	92°

4.2 案例二：紡織涂層

某紡織廠在使用水性聚氨酯進行織物涂層時，發(fā)現(xiàn)成品手感偏硬、彈性不足。

指標	加入TEDA前	加入TEDA后
表干時間	4小時	2小時
實干時間	7天	3天
耐劃傷性	一般	良好
光澤度	85°	92°

4.2 案例二：紡織涂層

某紡織廠在使用水性聚氨酯進行織物涂層時，發(fā)現(xiàn)成品手感偏硬、彈性不足。

改進措施：在預聚體階段加入適量TEDA，調(diào)節(jié)交聯(lián)密度，使涂層更柔軟且保持良好耐磨性。

性能指標	改進前	改進后
手感	硬	柔軟
彈性回復率	75%	88%
耐洗牢度	3級	4級
透濕性	800g/m2·24h	950g/m2·24h

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五、TEDA的“兄弟姐妹們”：催化劑家族一覽

雖然TEDA表現(xiàn)優(yōu)異，但在某些特殊場合，也會搭配或替換其他催化劑使用。比如：

催化劑名稱	類型	用途特點
DBTDL（二月桂酸二丁基錫）	金屬催化劑	強效，但含重金屬，環(huán)保受限
DABCO（三亞乙基二胺）	有機胺類	TEDA的別稱，功能相同
TMR系列	季銨鹽類	適用于高固含體系
AMINE X	新型延遲催化劑	控制反應速度，適合噴涂工藝

每種催化劑都有自己的“性格”，有的暴躁（反應太快），有的溫柔（反應太慢），有的“潔癖”（怕水），選對了才能發(fā)揮佳效果。

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六、常見問題答疑

Q：TEDA會不會影響儲存穩(wěn)定性？

A：合理用量下不會造成太大影響，但過量可能導致提前反應，縮短儲存期。建議現(xiàn)配現(xiàn)用或加入穩(wěn)定劑如阻聚劑。

Q：TEDA能不能替代金屬催化劑？

A：在某些要求不高或環(huán)保標準高的場景可以替代，但在高溫快速固化體系中，仍需配合使用金屬類催化劑。

Q：TEDA對人體有害嗎？

A：有一定刺激性，操作時需戴手套和口罩，避免吸入粉塵。總體毒性較低，屬于工業(yè)安全可控范圍。

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七、未來展望：綠色催化新趨勢

隨著環(huán)保政策的不斷收緊，水性聚氨酯的發(fā)展前景廣闊。而作為其關鍵助劑的TEDA，也在不斷優(yōu)化升級。未來的趨勢包括：

• 復合型催化劑：將TEDA與其他高效助劑復配，實現(xiàn)協(xié)同效應；
• 延遲型催化劑：通過微膠囊技術控制釋放速度，延長適用期；
• 生物基催化劑：探索植物來源的新型胺類催化劑，進一步降低碳足跡。

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結(jié)語：催化劑雖小，作用不小

三乙烯二胺，這個看似不起眼的小分子，在水性聚氨酯的世界里卻扮演著舉足輕重的角色。它不僅提升了反應效率，還幫助我們在追求高性能的同時兼顧環(huán)保責任。

正如烹飪中的一勺鹽，少則無味，多則咸澀，恰到好處才是王道。TEDA的妙處，正在于它能在恰當?shù)臅r機推動反應，又不至于喧賓奪主。

后，附上一些國內(nèi)外權(quán)威文獻供有興趣的朋友參考：

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參考文獻

國內(nèi)文獻：

1. 李志剛, 王偉. 水性聚氨酯合成與應用[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2018.
2. 張麗華, 劉曉峰. 三乙烯二胺在水性聚氨酯中的催化行為研究[J]. 高分子材料科學與工程, 2020, 36(4): 78-82.
3. 陳志強. 環(huán)保型水性聚氨酯催化劑的研究進展[J]. 精細化工, 2021, 38(2): 210-215.

國外文獻：

1. G. Oertel (Ed.). Polyurethane Handbook, 2nd ed., Hanser Publishers, Munich, 1993.
2. J. H. Saunders, K. C. Frisch. Chemistry of Polyurethanes, Part I & II, CRC Press, 1962.
3. M. Szycher. Szycher’s Handbook of Polyurethanes, 2nd ed., CRC Press, 2017.
4. R. A. Pearson, L. Mascia. "Catalysis in polyurethane synthesis", Progress in Polymer Science, 1992, 17(1): 1–54.
5. Y. Liu, et al. “Effect of tertiary amine catalysts on the properties of waterborne polyurethanes”, Journal of Applied Polymer Science, 2019, 136(12): 47312.

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如果你覺得這篇文章對你有用，不妨把它收藏起來，下次遇到配方調(diào)試的問題時翻出來看看。畢竟，催化劑雖小，學問卻不小。

====================聯(lián)系信息=====================

聯(lián)系人： 吳經(jīng)理

手機號碼： 18301903156 (微信同號)

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公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號

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公司其它產(chǎn)品展示:

• NT CAT T-12 適用于室溫固化有機硅體系，快速固化。

• NT CAT UL1 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于T-12。

• NT CAT UL22 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比T-12高，優(yōu)異的耐水解性能。

• NT CAT UL28 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代T-12。

• NT CAT UL30 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• NT CAT UL50 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• NT CAT UL54 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。

• NT CAT SI220 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠，活性比T-12高。

• NT CAT MB20 適用有機鉍類催化劑，可用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

• NT CAT DBU 適用有機胺類催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。